儀器儀表

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：在高壓變電站中，由于設(shè)備老化以及輸變線(xiàn)路的接頭溫度過(guò)高，常常會(huì)引發(fā)火災(zāi)或者爆炸等事故。傳統(tǒng)的人工溫度測(cè)量不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且容易出現(xiàn)漏測(cè)、誤報(bào)等現(xiàn)象，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓變電站的有效保護(hù)。因此，本文將無(wú)線(xiàn)通訊技引入到高壓變電站的溫度測(cè)量當(dāng)中，重點(diǎn)對(duì)無(wú)線(xiàn)測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行分析,試圖為之提供行之有效的可行性建議。

關(guān)鍵詞：變電站；無(wú)線(xiàn)測(cè)溫；預(yù)警系統(tǒng)；設(shè)計(jì)研究

 

       高壓變電站是電能變換、分配的重要場(chǎng)所，同時(shí)也是發(fā)生火災(zāi)、爆炸等事故的高危場(chǎng)所。通常情況下，高壓變電站輸變線(xiàn)路的接頭溫度范圍在20℃～30℃之間為正常狀態(tài)；如果母線(xiàn)接頭溫度達(dá)到60℃～70℃時(shí)，則處于警戒狀態(tài)；超過(guò)60℃～70℃，就會(huì)引發(fā)火災(zāi)甚至爆炸。一旦出現(xiàn)這些事故，不僅會(huì)給高壓變電站自身帶來(lái)巨大的破壞，而且還會(huì)影響電力輸送的正常運(yùn)行。為了確保電能的傳輸質(zhì)量以及設(shè)備的安全，對(duì)高壓變電站進(jìn)行溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，就成為了電力工作者所關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。傳統(tǒng)的測(cè)溫工作主要依賴(lài)于人工，測(cè)溫的準(zhǔn)確度和測(cè)溫效率難以保證。本文主要研究的是無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)設(shè)備對(duì)設(shè)備內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行溫度測(cè)量，不僅可以有效地提高測(cè)量，而且操作簡(jiǎn)單易于維護(hù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高壓變電站溫度的在線(xiàn)測(cè)量和監(jiān)控。

 

       無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)主要作用是進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線(xiàn)溫度測(cè)量和預(yù)警。常用于較為惡劣的工作環(huán)境中，該設(shè)備的特點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)單、檢測(cè)精度高，尤其對(duì)高壓電氣設(shè)備的溫度測(cè)量有著良好的效果。高壓變電站無(wú)線(xiàn)測(cè)溫語(yǔ)境系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)合了智能溫度傳感器、超低功耗單片機(jī)、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊以及電源管理器，通過(guò)對(duì)高壓變電站進(jìn)行定時(shí)測(cè)溫并且與設(shè)定的高溫度閥值進(jìn)行對(duì)比分析，從而判斷無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的啟停。在設(shè)計(jì)過(guò)程中還采用了雙電源的管控技術(shù)，在不需要測(cè)溫的情況下，設(shè)備內(nèi)的所有核心部件都保持休眠狀態(tài)。高壓變電站無(wú)線(xiàn)測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖-1所示：

圖-1高壓變電站無(wú)線(xiàn)測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

       從上文分析中，可以得出高壓變電站無(wú)線(xiàn)測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)的主要部件是傳感器和數(shù)據(jù)采集器，其中核心技術(shù)是超低功耗的單片機(jī)，并且通過(guò)多節(jié)點(diǎn)的模式實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓變電站低功耗、高性能的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫。以下就對(duì)高壓變電站無(wú)線(xiàn)測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析：

2.1硬件設(shè)計(jì)

       本文研究的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)主要是由溫度傳感器、超低功耗單片機(jī)、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、電源管理芯片、外圍電路以及高能電池組成。其中溫度傳感器的測(cè)量度可以達(dá)到0.5℃，而且用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際情況自行轉(zhuǎn)換分辨率以及設(shè)定溫度超標(biāo)預(yù)警的上下閥值，并且能夠長(zhǎng)期保存；超低功耗單片機(jī)則采用的是超低功耗的16位混合信號(hào)處理器，該處理器可以在1.8～3.6V的電壓下工作，而且可以根據(jù)不同的工作模式降低耗電電流，此外單片機(jī)憑借其豐富的尋址方式、大量的寄存器和簡(jiǎn)潔的操作指令，可以獲得較高的處理能力和速度；無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊是一種理想的彈片收發(fā)器芯片，適用于多點(diǎn)通訊方式，其發(fā)射功率可達(dá)到10mW，該模塊的特點(diǎn)是傳輸距離較遠(yuǎn)，無(wú)線(xiàn)信號(hào)的傳輸距離可以達(dá)到600～800m，而且采用高效的前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù)，具有較高的抗*力和低誤碼率；電源管理芯片在測(cè)溫設(shè)備超低功耗方面也有非常重要的作用，MAX1726芯片可以提供1.8V、2.5V、3.3V、5V的輸出電壓，它不僅是一種低漏失的線(xiàn)性調(diào)節(jié)器，同時(shí)還可以提供超低電流，大限度的延長(zhǎng)了電池的使用壽命。電源管理芯片也可以提供200mA的超低電流，主要用作電池組供電，起到反相電池保護(hù)、短路保護(hù)、高溫保護(hù)以及提高電池的使用壽命。

2.2電路設(shè)計(jì)及雙電源管理技術(shù)

       高壓變電站無(wú)線(xiàn)測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)采用的是雙電源管理技術(shù)，分別對(duì)智能溫度傳感器和無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊進(jìn)行管理，在降低功耗的同時(shí)可以提高傳感器的使用壽命。由于溫度傳感器、超低功耗單片機(jī)以及外圍電路的工作電流較小，因此在電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要采用3.6V，3000mA的電池進(jìn)行供電，該電池的大持續(xù)放電電流和大脈沖放電電流分別可以達(dá)到150mA和300mA，按照80%的電池使用率計(jì)算，平均壽命可以達(dá)到兩年以上。通過(guò)單片機(jī)的控制對(duì)當(dāng)前不需要工作的部件進(jìn)行斷電保護(hù)，有效的提高了電量的使用率。此外，為了有效的延長(zhǎng)高壓變電站無(wú)線(xiàn)測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)的使用壽命，在滿(mǎn)足設(shè)備工作頻率的前提條件下，可以選擇較小的工作頻率來(lái)降低單片機(jī)的功耗，而且在外圍電路的設(shè)計(jì)和器材選擇等方面，也需要強(qiáng)調(diào)能耗問(wèn)題。

2.3軟件設(shè)計(jì)

        在降低無(wú)線(xiàn)測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)的功耗方面，除了需要將CPU系統(tǒng)設(shè)定為省電模式外，還需要在軟件方面進(jìn)行低功耗的設(shè)計(jì)。高壓變電站無(wú)線(xiàn)測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)框圖如下所示：

圖-2高壓變電站無(wú)線(xiàn)測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)框圖

該軟件的工作步驟為，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際需求進(jìn)行分析；對(duì)系統(tǒng)的功耗進(jìn)行分析；結(jié)合實(shí)際需求和功耗的分析結(jié)果，設(shè)計(jì)程序（程序設(shè)計(jì)采用中斷喚醒的模式）；采用限度的數(shù)據(jù)保存形式，確保程序進(jìn)入休眠狀態(tài)；各個(gè)功能模塊相互獨(dú)立，內(nèi)部功耗保持平衡穩(wěn)定；將模塊間的交換信息設(shè)計(jì)成中斷喚醒方式，調(diào)試好后進(jìn)行功耗考核。

 

3.1概述

       開(kāi)關(guān)柜溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于470MHz無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)開(kāi)發(fā)的針對(duì)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行測(cè)溫的系統(tǒng)，可對(duì)開(kāi)關(guān)柜分別為母線(xiàn)排、上下觸頭、電纜接頭，柜體表面等部位溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，方便運(yùn)維人員及遠(yuǎn)程監(jiān)控中心掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況。

3.2應(yīng)用場(chǎng)所

變電所，配電室，箱變等

配電室箱變數(shù)據(jù)中心機(jī)房

3.3系統(tǒng)架構(gòu)

開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)由無(wú)線(xiàn)溫度傳感器、測(cè)溫通訊終端（溫度顯示儀）、溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警工作站三部分組成，

 

3.4系統(tǒng)功能

3.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

      Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控軟件人機(jī)界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息。

3.4.2溫度查詢(xún)

     溫度歷史曲線(xiàn)（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）：

3.4.3運(yùn)行報(bào)表

     查詢(xún)各回路設(shè)備運(yùn)行溫度報(bào)表。

3.4.4實(shí)時(shí)報(bào)警

     壁掛式無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控設(shè)備具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出警告。設(shè)備提供以下幾種告警方式：

1）彈出事件報(bào)警窗口。

2）實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語(yǔ)音告警。

3）短信警告?？梢韵蚴謾C(jī)號(hào)發(fā)送告警信息短信（需選配短信）。

3.4.5歷史告警查詢(xún)

      Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ懈婢录涗涍M(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、事故分析。

3.4.6用戶(hù)權(quán)限管理

      Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶(hù)權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如數(shù)據(jù)庫(kù)修改等）?？梢远x不同級(jí)別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

3.4.7定值設(shè)置

     用于修改高溫定值、超溫定值。

     WEB，手機(jī)APP（可選）：

     通過(guò)網(wǎng)zhi和手機(jī)APP展示頁(yè)面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量等概況信息，設(shè)備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

3.5.產(chǎn)品選型

3.5.1無(wú)線(xiàn)測(cè)溫傳感器選型

3.5.2收發(fā)器選型

3.5.3測(cè)溫通訊終端（溫度顯示儀）選型

3.6典型配置方案

3.6.1高低壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測(cè)溫（單柜就地顯示）

a）配置方案

 

說(shuō)明：ARTM-Pn通過(guò)RS485接口連接ATC實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜溫度集中顯示，可接收60只無(wú)線(xiàn)溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

b）安裝實(shí)例

ARTM-PnATE100接點(diǎn)測(cè)溫ATE200母排測(cè)溫ATE400斷路器觸頭測(cè)溫

 

3.6.2高壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測(cè)溫帶操顯功能（單柜就地顯示）

a）配置方案

說(shuō)明：ASD320通過(guò)RS485接口連接ATC實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜溫度集中顯示，可接收12只無(wú)線(xiàn)溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

 

b）安裝實(shí)例

ASD320ATE200觸頭測(cè)溫ATE400母排測(cè)溫ATE100M柜體測(cè)溫

3.6.3高低壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測(cè)溫（集中就地顯示/就地?zé)o顯示）

a）配置方案

說(shuō)明：觸摸屏通過(guò)RS485接口連接ATC實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜溫度集中顯示，可接收240只無(wú)線(xiàn)溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。如果現(xiàn)場(chǎng)不需要就地顯示，可以直接通過(guò)ATC的RS485接口，把數(shù)據(jù)傳送到值班室的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)。

b）安裝實(shí)例

ATP070ATCATE200接點(diǎn)測(cè)溫ATE200電容器表面測(cè)溫

3.6.4就地壁掛式集中顯示方案（適用于改造，不方便在柜子上加裝顯示屏的現(xiàn)場(chǎng)）

方案一：Acrel-2000T/A就地集中顯示：

 

說(shuō)明：Acrel-2000/A通過(guò)RS485接口連接ATC實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜溫度集中顯示，可接收240只無(wú)線(xiàn)溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

方案二：Acrel-2000T/B就地集中顯示：

說(shuō)明：Acrel-2000T/B不僅可以通過(guò)RS485連接多種ATC收發(fā)器接收所有型號(hào)傳感器實(shí)現(xiàn)集中顯示，還可以通訊連接配電室內(nèi)無(wú)線(xiàn)測(cè)溫相關(guān)就地顯示裝置實(shí)現(xiàn)集中顯示，同時(shí)還可以連接配電室內(nèi)智能操控、微機(jī)保護(hù)、電力儀表等電力監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.6.5低壓電氣接點(diǎn)有線(xiàn)測(cè)溫、變壓器繞組測(cè)溫

a）配置方案

說(shuō)明：ARTM-8溫度巡檢儀可配8路Pt100傳感器，有線(xiàn)連接，Pt100傳感器客戶(hù)自配，測(cè)量低壓電氣接點(diǎn)時(shí)Pt100傳感器需做好絕緣處理。

b）安裝實(shí)例

ARTM-8PT100

 

       綜上所述，伴隨著電子技術(shù)、無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)以及集成技術(shù)的快速發(fā)展，使得無(wú)線(xiàn)資源的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。尤其是在高壓變電站溫度測(cè)量預(yù)警的使用中，為了降低設(shè)備的事故率，需要借助高壓變電站無(wú)線(xiàn)測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線(xiàn)路中，輸變線(xiàn)路的母線(xiàn)接頭溫度的實(shí)時(shí)控制。通過(guò)對(duì)高壓變電站電力設(shè)備進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控，有效地降低了傳統(tǒng)溫度測(cè)量系統(tǒng)安全性低、準(zhǔn)確性差等問(wèn)題。伴隨著人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)以及信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)變電站進(jìn)行輸變線(xiàn)路的溫度進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)安全隱患并進(jìn)行預(yù)防措施已經(jīng)成為可能。本文主要研究的是無(wú)線(xiàn)測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)，是基于無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)和傳感器技術(shù)的溫度在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)可以有效地確保變電站輸變電線(xiàn)路的正常運(yùn)行，提升變電站電力系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)化程度，大限度的降低故障維修次數(shù)。

 

[1]楊紅光.基于物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]山東大學(xué)，2013-03-20.

[2]文博，高盛，王昭濱，王開(kāi)成，于國(guó)良.高壓變電站無(wú)線(xiàn)測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì).

[3]安科瑞電氣設(shè)備溫度監(jiān)控解決方案.2021.06月版.

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06月版.

 

作者簡(jiǎn)介：趙娜，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用